JP2016185782A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セレーション嵌合されたシャフトの歯当たりを均一化することができるステアリング装置を提供する。
【解決手段】ピニオンシャフト２４の一端には、その外周面に雄セレーション歯４１を有する雄セレーション部４０が形成されている。エクステンションシャフト２５には、ピニオンシャフト２４側に開口する筒部５０が形成されている。筒部５０の内周面は、雄セレーション歯４１と噛み合う多数の雌セレーション歯５４が形成された雌セレーション部５５を有している。雌セレーション部５５はテーパ形状をなしており、エクステンションシャフト２５の口元側の内径Ｄ１は、奥側の内径Ｄ２よりも大きく設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

従来、ステアリングホイールの操舵に伴うステアリングシャフトの回転をラックアンドピニオン機構に伝達することで転舵輪の角度を変更するステアリング装置がある。このようなステアリングシャフトは、インターミディエイトシャフトやピニオンシャフト等の各種のシャフトが連結されることにより構成されている。特許文献１のように、レイアウトの関係上、エクステンションシャフトを更に備えたものがある。これは、エクステンションシャフトに取り付けられた軸継手の雌セレーションと、インターミディエイトシャフトに設けられた雄セレーションとを嵌合させたのち、ボルトを締め付けることで雌セレーションを縮径させる。雌セレーションが雄セレーションを締め付けることにより、エクステンションシャフトとインターミディエイトシャフトとが一体回転可能に連結される。

特開２０１３−４７１００号公報

しかし、特許文献１のステアリング装置においては、ボルトを締め付けた際に、エクステンションシャフトに取り付けられた軸継手の雌セレーションの口元側の歯当たりが奥側の歯当たりよりも強くなってしまう。このため、雌セレーションの口元側の摩耗が生じやすく、ひいてはエクステンションシャフト全体の耐久性も低下するおそれがある。

本発明の目的は、セレーション嵌合されたシャフトの歯当たりを均一化することができるステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成しうるステアリング装置は、外周面に雄セレーション部が形成された第１のシャフトと、内周面に設けられて前記第１のシャフトの雄セレーション部が嵌合される雌セレーション部、軸方向に沿って延びるスリットを挟む形で外周面に突出して設けられた２つの締結部、および前記２つの締結部の並ぶ方向において前記２つの締結部を貫通するボルト孔を有する第２のシャフトと、前記雄セレーション部と前記雌セレーション部が嵌合された状態で、前記ボルト孔に挿入されて締め付けられることにより、前記雌セレーション部を縮径させるボルトと、を備えている。前記雄セレーション部または前記雌セレーション部には、前記ボルト孔よりも口元側の部分と奥側の部分との締め付け力の差を低減する締め付け力均等化手段が設けられている。

この構成によれば、雄セレーション部と雌セレーション部とが嵌合された状態で、ボルト孔に挿入されたボルトが締め付けられるとき、雌セレーション部の縮径に伴う雄セレーション部における口元側と奥側との締め付け力の差は、雄セレーション部または雌セレーション部に設けられる締め付け力均等化手段により低減される。これにより、口元側と奥側との歯当たりが均一化される。

上記のステアリング装置において、前記締め付け力均等化手段として、前記口元側における前記第１のシャフトの雄セレーションの外径と前記第２のシャフトの雌セレーションの内径との差は、前記奥側における前記第１のシャフトの雄セレーションの外径と前記第２のシャフトの雌セレーションの内径の差よりも大きくすることが好ましい。

この構成によれば、口元側における雄セレーション部と雌セレーション部との間の隙間は、奥側における雄セレーション部と雌セレーション部との間の隙間よりも小さい。口元側の隙間が大きい分、雌セレーション部の縮径に伴う口元側における雄セレーション部の締め付け力は奥側における雄セレーション部の締め付け力より低減されるので、口元側と奥側との歯当たりが均一化される。

上記のステアリング装置において、前記締め付け力均等化手段として、前記雄セレーション部は前記奥側へ向かうにつれて拡径するテーパ、または前記雌セレーション部は前記口元側へ向かうにつれて拡径するテーパを有することが好ましい。

この構成によれば、雄セレーションが奥側へ近づくにつれて拡径するテーパ形状をなしている場合、または雌セレーションが口元側へ近づくにつれて拡径するテーパ形状をなしている場合には、口元側の隙間が大きい分、雌セレーション部の縮径に伴う前記雄セレーション部における口元側の締め付け力は奥側の締め付け力より低減される。口元側の歯当たりと奥側の歯当たりの差を低減できる。また、雌セレーション部に口元側へ近づくにつれて拡径するテーパ形状をなしている場合には、第１のシャフトを第２のシャフトに挿入する際の組み付け性を高めることができる。

上記のステアリング装置において、前記締め付け力均等化手段として、前記雌セレーション部または前記締結部の前記奥側には、溝が形成されていてもよい。
この構成によれば、雌セレーション部または締結部の奥側に溝を形成することにより、雌セレーション部または締結部の奥側の剛性が弱められる。このため、口元側の歯当たりと奥側の歯当たりの差を低減できる。

上記のステアリング装置において、前記締め付け力均等化手段は、前記第１のシャフトをその軸方向に延長するエクステンションシャフトに適用する場合に好適である。車両レイアウトを変更した場合にも、従来と同じ第１シャフトを使うことができるためである。

本発明のステアリング装置によれば、セレーション嵌合されたシャフトの歯当たりを均一化することができる。

本実施形態のステアリング装置の概略構成を示す構成図。 （ａ）本実施形態の本体シャフトとエクステンションシャフトの接続部分の概略構成を示す構成図、（ｂ）図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）本実施形態の雄セレーション歯と雌セレーション歯の噛み合わせを示す概略構成図。 （ａ）〜（ｃ）他の実施形態の本体シャフトとエクステンションシャフトの接続部分の概略構成を示す構成図。

以下、本実施形態のステアリング装置について説明する。
図１に示すように、ＥＰＳ１は運転者のステアリングホイール２０の操作に基づいて転舵輪２９を転舵させる操舵機構２、運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構３を備えている。

操舵機構２は、ステアリングホイール２０およびステアリングホイール２０と一体回転するステアリングシャフト２１を備えている。ステアリングシャフト２１は、ステアリングホイール２０に連結されたコラムシャフト２２、コラムシャフト２２の下端部に連結されたインターミディエイトシャフト２３およびインターミディエイトシャフト２３の下端部に連結されたピニオンシャフト２４から構成される。ピニオンシャフト２４は、エクステンションシャフト２５を介して、インターミディエイトシャフト２３と連結されている。ピニオンシャフト２４は、その下端部でピニオンシャフト２４に交わる方向へ延びるラックシャフト２６に連結されている。ステアリングシャフト２１の回転運動は、ピニオンシャフト２４の先端に設けられたピニオン歯と、ラックシャフト２６に刻まれたラック歯が噛み合ってなるラックアンドピニオン機構２７を介してラックシャフト２６の軸方向の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラックシャフト２６の両端にそれぞれ連結されたタイロッド２８を介して左右の転舵輪２９にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪２９の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。

アシスト機構３は、アシスト力の発生源であるモータ３０を備えている。モータ３０の回転軸３１は、減速機構３２を介してコラムシャフト２２に連結されている。減速機構３２はモータ３０の回転を減速し、当該減速した回転力をコラムシャフト２２に伝達する。すなわち、ステアリングシャフト２１にモータ３０の回転力（トルク）がアシスト力として付与されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。

つぎに、ピニオンシャフト２４とエクステンションシャフト２５との連結構造について説明する。
図２（ａ）に示すように、ピニオンシャフト２４の一端（ピニオン歯と反対側の端部）には、その外周面に雄セレーション歯４１を有する雄セレーション部４０が形成されている。雄セレーション歯４１は、それぞれが同一形状を有するとともに、雄セレーション部４０の軸方向の一定範囲において、全周にわたって形成されている。ピニオンシャフト２４における雄セレーション部４０側の端部には、円柱状の突部４２が設けられている。突部４２の外径は、雄セレーション部４０における最小の外径（雄セレーション歯４１の歯底部分での外径）以下に設定されている。雄セレーション部４０の中心軸と突部４２の中心軸は、それぞれ一致している。また、雄セレーション部４０の軸方向中央付近には、雄セレーション部４０の周方向全域にわたって円環状の係合溝４３が設けられている。なお、係合溝４３の軸方向両側には雄セレーション歯４１が形成されている。

これに対して、エクステンションシャフト２５には、ピニオンシャフト２４側に開口する筒部５０が形成されている。図２（ｂ）に示すように、筒部５０の周面には、その径方向外側に突出した部分を有する２つの締結部５１が設けられている。すなわち、２つの締結部５１は、筒部５０の内外を貫通するスリット５１ａを挟むように対向して形成されている。スリット５１ａは、筒部５０の開口端部（図２（ａ）の左端部）から、ピニオンシャフト２４の挿入方向へ向けた一定範囲にわたって設けられている。２つの締結部５１には、それぞれ筒部５０の軸線と直交する方向に延びるボルト孔５２が形成されている。一方のボルト孔５２には、雌ねじが形成されている。雌ねじの形成されていないボルト孔５２からボルト５３が挿通され、このボルト５３は雌ねじの形成されたボルト孔５２に締め付けられる。なお、ボルト孔５２は、その一部が筒部５０の内部空間と重複する位置に形成されている。このため、ボルト５３はピニオンシャフト２４に形成された係合溝４３と係合する。したがって、ピニオンシャフト２４に対し、その引き抜き方向へ向けた力が作用したとき、ボルト５３が係合溝４３に係合することにより、ピニオンシャフト２４がエクステンションシャフト２５から脱落することが抑制される。

また、筒部５０の内周面は、雄セレーション歯４１と噛み合う多数の雌セレーション歯５４が形成された雌セレーション部５５、および雌セレーション部５５と連続して形成されるとともに突部４２が嵌合する嵌合部５６を有している。なお、各雌セレーション歯５４は、それぞれ同一形状をなしている。嵌合部５６は、円筒状に形成されており、その内径は雌セレーション部５５における最小の内径（雌セレーション歯５４の歯先部分での内径）以下である。突部４２の外周面と嵌合部５６の内周面との間の隙間は、突部４２が嵌合部５６と嵌合した際に、ピニオンシャフト２４の中心軸がエクステンションシャフト２５の中心軸とがほぼ一致するように設定されている。

ところで、エクステンションシャフト２５の内周面は、ピニオンシャフト２４側の開口部へ近づくほど拡径するテーパ状に形成されている。すなわち、雌セレーション部５５はテーパ形状をなしており、エクステンションシャフト２５の口元側（図中の左側）の内径Ｄ１は、奥側（図中の右側）の内径Ｄ２よりも大きく設定されている。なお、雌セレーション部５５のテーパ形状を極端に図示したため、口元側では、ピニオンシャフト２４の雄セレーション歯４１とエクステンションシャフト２５の雌セレーション歯５４とが噛み合っていないように見えるが、実際にはこれらは噛み合っている。図２（ｃ）に示されるように、雄セレーション歯４１の歯先と雌セレーション歯５４の歯底との間、および雄セレーション歯４１の歯底と雌セレーション歯５４の歯先との間は、それぞれ接触していないが、それぞれの歯の中間位置で接触する。なお、雌セレーション部５５のテーパ形状はごくわずかであるため、雄セレーション歯４１の歯先と雌セレーション歯５４の歯底、および雄セレーション歯４１の歯底と雌セレーション歯５４の歯先との間には、わずかに接触する部分があってもよい。

本実施形態の作用を説明する。
ボルト孔５２にボルト５３を挿入して、ボルト５３を雌ねじが形成されたボルト孔５２に締め付けるのに伴い、２つの締結部５１が互いに近づくように弾性変形することによりスリットの幅が狭まる。これに伴って、筒部５０が弾性変形し、雌セレーション部５５が縮径するため、雄セレーション部４０が雌セレーション部５５に強く締め付けられる。この際、雄セレーション部４０に対する雌セレーション部５５の締め付け、言い換えると、雄セレーション歯４１と雌セレーション歯５４との間の歯当たりは、口元側と奥側とで異なっている。なお、歯当たりとは、雄セレーション歯４１と雌セレーション歯５４との間の接触の度合いのことである。口元側と奥側とで歯当たりが異なるのは、エクステンションシャフト２５は開口しているため、締結部５１は口元側ほど剛性が小さくなるからである。すなわち、ボルト５３で締め付けた際には、締結部５１の口元側がより変形しやすいため、雄セレーション歯４１と雌セレーション歯５４との間の歯当たりは、雄セレーション歯４１の奥側よりも口元側の方が強くなってしまう。

口元側の歯当たりが強い場合には、雄セレーション歯４１の口元側の部分および雌セレーション歯５４の口元側の部分の摩耗が、雄セレーション歯４１の奥側の部分および雌セレーション歯５４の奥側の部分の摩耗に比べて促進されてしまう。雄セレーション歯４１の口元側の部分および雌セレーション歯５４の口元側の部分が摩耗することにより、これらの耐久性は低減してしまう。また、雄セレーション歯４１の口元側の部分および雌セレーション歯５４の口元側の部分が摩耗すると、これらの歯の良好な噛み合い状態が悪化するおそれがある。

この点、本実施形態では、雌セレーション部５５がテーパ形状をなしていることにより、雄セレーション歯４１と雌セレーション歯５４との間における口元側の歯当たりと奥側の歯当たりの差を低減することができる。すなわち、このテーパ形状は雌セレーション部５５の口元側に向かうにつれて大きくなるため、ボルト５３で締め付けた際に、雄セレーション歯４１の口元側の部分と雌セレーション歯５４の口元側の部分との間の歯当たりを弱くして、雄セレーション歯４１の奥側の部分と雌セレーション歯５４の奥側の部分との間の歯当たりを維持することができる。すなわち、口元側と奥側の雄セレーション歯４１と雌セレーション歯５４との間の歯当たりの差を低減できる。これは、雌セレーション部５５がテーパ形状をなしているため、雄セレーション歯４１の口元側の部分と雌セレーション歯５４の口元側の部分との間の隙間はより大きくできるのに対し、雄セレーション歯４１の奥側の部分と雌セレーション歯５４の奥側の部分との間の隙間はより小さくできるからである。

本実施形態の効果を説明する。
（１）雌セレーション部５５が口元側へ近づくにつれて拡径するテーパ形状をなしていることにより、口元側の歯当たりと奥側の歯当たりの差を低減できる。雄セレーション歯４１の口元側の部分と雌セレーション歯５４の口元側の部分との摩耗が抑制されるので、雄セレーション歯４１および雌セレーション歯５４の耐久性を高めることができる。

（２）雌セレーション部５５が口元側へ近づくにつれて拡径するテーパ形状をなしていることにより、ピニオンシャフト２４をエクステンションシャフト２５に挿入する際の組み付け性を高めることができる。

なお、本実施形態は次のように変更してもよい。
・本実施形態では、エクステンションシャフト２５の雌セレーション部５５が口元側へ近づくにつれて拡径するテーパ形状をなしていたが、これに限らない。たとえば、図３（ａ）に示すように、ピニオンシャフト２４の雄セレーション部４０が奥側（その先端側）へ近づくにつれて拡径するテーパ形状を有していてもよい。すなわち、ピニオンシャフト２４の雄セレーション部４０の口元側の外径とエクステンションシャフト２５の口元側の雌セレーション部５５の内径との差が、雄セレーション部４０の奥側の外径と雌セレーション部５５の奥側の内径の差よりも大きくなるようにテーパ形状が設けられればよい。

・本実施形態では、エクステンションシャフト２５の雌セレーション部５５が口元側へ近づくにつれて拡径するテーパ形状をなしていたが、これに限らない。たとえば、図３（ｂ）に示すように、ピニオンシャフト２４の雄セレーション部４０の口元側の外径と奥側の外径が係合溝４３を境界に変化するようにしてもよい。この場合、雄セレーション部４０の口元側の外径は奥側の外径よりも大きく設定される。

・本実施形態では、雌セレーション部５５の口元側の内径が奥側の内径よりも大きくなるように設定されたが、これに限らない。たとえば、図３（ｃ）に示すように、雌セレーション部５５の口元側の内径と奥側の内径を等しく設定して、雄セレーション部４０の口元側の外径と奥側の外径も等しく設定した場合であっても、締結部５１の奥側の内周面（雌セレーション部５５）に溝５７を設けることで、雌セレーション部５５をテーパ形状にしたのと同じ効果を得ることができる。この場合、溝５７により、締結部５１の奥側の剛性が弱められるので、口元側の歯当たりと奥側の歯当たりの差を低減できる。また、締結部５１の奥側の内周面に限らず、締結部５１の奥側の外周面に溝５８を設けてもよい。

・本実施形態では、ピニオンシャフト２４をエクステンションシャフト２５に挿入することで両者を接続したが、エクステンションシャフト２５をピニオンシャフト２４に挿入することで両者を接続してもよい。すなわち、ピニオンシャフト２４とエクステンションシャフト２５とで、雄セレーション部４０と雌セレーション部５５を逆に設けてもよい。

・本実施形態では、雌セレーション部５５にテーパ形状を設けたが、エクステンションシャフト２５の内周面の全域にテーパ形状を設けてもよい。
・本実施形態では、ピニオンシャフト２４とエクステンションシャフト２５とを接続したが、これに限らない。たとえば、インターミディエイトシャフト２３と、エクステンションシャフトとを接続する際のセレーション嵌合に用いられてもよい。すなわち、第１のシャフトと第２のシャフトとをセレーション嵌合によって接続するものであればよい。

・本実施形態では、コラムアシスト式のステアリング装置に具体化したが、これに限らない。すなわち、第１のシャフトと第２のシャフトとをセレーション嵌合によって接続する構成を有するステアリング装置であればよい。

１…ＥＰＳ、２…操舵機構、３…アシスト機構、２０…ステアリングホイール、２１…ステアリングシャフト、２２…コラムシャフト、２３…インターミディエイトシャフト、２４…ピニオンシャフト（第１のシャフト）、２５…エクステンションシャフト（第２のシャフト）、２６…ラックシャフト、２７…ラックアンドピニオン機構、２８…タイロッド、２９…転舵輪、３０…モータ、３１…回転軸、３２…減速機構、４０…雄セレーション部、４１…雄セレーション歯、４２…突部、４３…係合溝、５０…筒部、５１…締結部、５１ａ…スリット、５２…ボルト孔、５３…ボルト、５４…雌セレーション歯、５５…雌セレーション部、５６…嵌合部、５７，５８…溝、Ｄ１，Ｄ２…内径。

Claims (5)

1. 外周面に雄セレーション部が形成された第１のシャフトと、
   内周面に設けられて前記第１のシャフトの雄セレーション部が嵌合される雌セレーション部、軸方向に沿って延びるスリットを挟む形で外周面に突出して設けられた２つの締結部、および前記２つの締結部の並ぶ方向において前記２つの締結部を貫通するボルト孔を有する第２のシャフトと、
   前記雄セレーション部と前記雌セレーション部が嵌合された状態で、前記ボルト孔に挿入されて締め付けられることにより、前記雌セレーション部を縮径させるボルトと、を備え、
   前記雄セレーション部または前記雌セレーション部には、前記ボルト孔よりも口元側の部分と奥側の部分との前記雌セレーション部の縮径に伴う締め付け力の差を低減する締め付け力均等化手段が設けられているステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記締め付け力均等化手段として、
   前記口元側における前記第１のシャフトの雄セレーションの外径と前記第２のシャフトの雌セレーションの内径との差は、前記奥側における前記第１のシャフトの雄セレーションの外径と前記第２のシャフトの雌セレーションの内径の差よりも大きく設定されているステアリング装置。
3. 請求項１または２に記載のステアリング装置において、
   前記締め付け力均等化手段として、
   前記雄セレーション部は前記奥側へ向かうにつれて拡径するテーパ、または前記雌セレーション部は前記口元側へ向かうにつれて拡径するテーパを有するステアリング装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のステアリング装置において、
   前記締め付け力均等化手段として、
   前記雌セレーション部または前記締結部の前記奥側には、溝が形成されるステアリング装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のステアリング装置において、
   前記第２のシャフトは前記第１のシャフトをその軸方向に延長するエクステンションシャフトであるステアリング装置。